JP2546145B2 - Lamp pumped TEMoo mode solid state laser device - Google Patents
Lamp pumped TEMoo mode solid state laser deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、ランプ励起を用い
て、ＴＥＭｏｏモードの高出力レーザ光を発生する固体
レーザ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state laser device for generating high power laser light of TEMoo mode by using lamp excitation.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、ランプ励起の固体レーザ装置は図
２に示す楕円集光器を利用した光励起法が用いられてい
る。楕円状に形成され、表面が高い反射率を有するよう
加工された集光器１の各焦点に励起ランプ２とロッド状
レーザ媒質３を配置した構造である。まず、励起ランプ
２の発光により発生した励起光は四方八方に進行する。
領域Ａに発生した大部分の励起光ｌは楕円状に形成され
た集光器１により反射され、ロッド状レーザ媒質３に集
光される。また、領域Ｂに発生した励起光は、集光器１
により反射された後、励起ランプ２内のプラズマに再吸
収される。更に、領域Ｃに発生した励起光は、集光器１
の反射鏡に照射することなく、直接的にレーザ媒質３に
吸収される。2. Description of the Related Art Conventionally, a lamp-pumped solid-state laser device uses an optical pumping method using an elliptical collector shown in FIG. This is a structure in which an excitation lamp 2 and a rod-shaped laser medium 3 are arranged at each focus of a condenser 1 which is formed in an elliptical shape and whose surface is processed to have a high reflectance. First, the excitation light generated by the emission of the excitation lamp 2 travels in all directions.
Most of the excitation light 1 generated in the area A is reflected by the concentrator 1 formed in an elliptical shape and condensed on the rod-shaped laser medium 3. Further, the excitation light generated in the region B is collected by the condenser 1
After being reflected by, the plasma in the excitation lamp 2 is absorbed again. Further, the excitation light generated in the area C is collected by the condenser 1
Is directly absorbed by the laser medium 3 without irradiating the reflecting mirror.
【０００３】一方、上述の固体レーザ装置で励起された
レーザ媒質３により、ＴＥＭｏｏモードの空間モードを
有するレーザ光を発生させる場合、ＴＥＭｏｏモードの
レーザ光がレーザ媒質３内で増幅作用を受ける領域は、
ロッド中心軸付近の小領域Ｄである。この領域の励起に
寄与する励起光としては、領域Ａに発生し、集光される
部分が大勢を占め、領域Ｃに発生した直接励起光は、発
散するため寄与は少ない。On the other hand, when laser light having a spatial mode of TEMoo mode is generated by the laser medium 3 excited by the above-mentioned solid-state laser device, a region where the laser light of TEMoo mode is subject to an amplification action in the laser medium 3 is generated. ,
It is a small area D near the center axis of the rod. As the excitation light that contributes to the excitation of this region, a large portion is generated and condensed in the region A, and the direct excitation light generated in the region C diverges, so that the contribution is small.
【０００４】また、固体レーザ装置では、レーザ媒質３
に吸収される光エネルギーの中でレーザ出力として抽出
できず、熱エネルギーとして蓄積される分により、ロッ
ドの中心軸から半径方向に温度勾配を生じ、熱レンズ効
果や熱応力歪みを引き起こす。高出力ＴＥＭｏｏモード
のレーザ光を発生する装置では、励起光エネルギーの増
加に共ない、前述の熱的に誘起される効果が著しくな
り、空間モードは多モード化し、ＴＥＭｏｏモードの出
力を制限する要因となる問題があった。In the solid-state laser device, the laser medium 3
The laser energy cannot be extracted as the laser output in the absorbed light energy, and the accumulated heat energy causes a temperature gradient in the radial direction from the central axis of the rod, causing a thermal lens effect and thermal stress distortion. In a device that generates laser light of high-power TEMoo mode, the above-mentioned thermally-induced effect becomes remarkable along with an increase in excitation light energy, and the spatial mode becomes multimode, which is a factor that limits the output of TEMoo mode. There was a problem that became.
【０００５】領域を発生した直接励起光は、ＴＥＭｏｏ
モードの利得領域Ｄの励起への寄与が少なく、むしろ、
その熱損失によって熱的に誘起される効果の方に寄与
し、ＴＥＭｏｏモードの高出力化を制限する。The direct excitation light generated in the region is TEMoo.
The mode contributes little to the excitation of the gain region D, and rather,
The heat loss contributes to the thermally induced effect and limits the increase in the output power of the TEMoo mode.
【０００６】特に、レーザ媒質４のＸ軸方向に励起しラ
ンプ２の方向から強く吸収されるため、ロッド中心に対
し非対称な温度勾配を作り出す。実際に励起光エネルギ
ーの増加に共なう空間モードの多モード化は、Ｘ方向に
分離した空間モードだるＴＥＭ10モードへ移行する傾向
がある。In particular, since the laser medium 4 is excited in the X-axis direction and strongly absorbed from the direction of the lamp 2, a temperature gradient asymmetric with respect to the rod center is created. Actually, the multimode of the spatial mode accompanying the increase of the excitation light energy tends to shift to the TEM 10 mode which is the spatial mode separated in the X direction.
【０００７】以上のように、楕円集光器を用いたＴＥＭ
ｏｏモード固体レーザ装置では、直接励起光がＴＥＭｏ
ｏモードの高出力化を制限する一つの要因となってい
た。As described above, the TEM using the elliptical concentrator
In the oo mode solid state laser device, the direct excitation light is TEMo.
It has been one of the factors limiting the increase in the output of the o-mode.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】この従来の固体レーザ
装置では、一定の共振器構成の中に、レーザ媒質を設置
した場合、励起光エネルギーを高くして、ＴＥＭｏｏモ
ードのレーザ出力エネルギーを大きくしても、ある値に
おいて熱的に誘起される効果により、多モード化してし
まう。In this conventional solid-state laser device, when the laser medium is installed in a fixed resonator structure, the pump light energy is increased to increase the laser output energy in the TEMoo mode. However, due to the thermally induced effect at a certain value, it becomes multi-mode.
【０００９】この、熱的に誘起される効果を軽減するた
め、励起光の中のレーザ媒質の励起に寄与しない不要な
波長成分を除去するため、吸収フィルターを励起ランプ
とレーザ媒質の間に挿入する方法が行われていた。しか
し励起に寄与する波長成分の若干の損失により、結果的
に励起光エネルギーは、フィルターが無い時よりも高く
上げられるが、ＴＥＭｏｏモードの最大レーザ出力とし
ては、大きな値が得られないという問題があった。In order to reduce this thermally induced effect, an absorption filter is inserted between the pump lamp and the laser medium in order to remove unnecessary wavelength components that do not contribute to pumping of the laser medium in the pump light. The way to do it was done. However, due to a slight loss of the wavelength component contributing to the excitation, the excitation light energy can be raised higher than that without the filter, but there is a problem that a large value cannot be obtained as the maximum laser output in the TEMoo mode. there were.
【００１０】この発明の目的は、ＴＥＭｏｏモードのレ
ーザ出力に寄与する励起光の損失と極力抑えたまま、空
間モードが変化する励起光エネルギーの値を高くするこ
とにより、従来以上に高出力のＴＥＭｏｏモードのレー
ザ光を発生する固体レーザ装置を提供することにある。An object of the present invention is to increase the value of the excitation light energy that changes the spatial mode while suppressing the loss of the excitation light that contributes to the laser output of the TEMoo mode as much as possible, thereby increasing the output power of TEMoo which is higher than before. An object of the present invention is to provide a solid-state laser device that generates a mode laser beam.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、楕円集光器の各焦点付近に励起ランプ
とロッド状レーザ媒質が配置され、上記励起ランプの中
心から、上記ロッド状レーザ媒質に引いた接線で囲まれ
る角度内の領域を遮断する目的の要素を上記励起ランプ
と上記ロッド状レーザ媒質の間に設置する。それによ
り、上記レーザ媒質を直接的に照射する直接励起光を遮
断し、熱的に誘起される効果を軽減し、ＴＥＭｏｏモー
ドの高出力化を行う。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention has an excitation lamp and a rod-shaped laser medium arranged near each focal point of an elliptical concentrator, and the rod-shaped laser medium is provided from the center of the excitation lamp. An element for blocking an area within an angle surrounded by a tangent line drawn to the laser medium is installed between the excitation lamp and the rod-shaped laser medium. As a result, the direct excitation light that directly irradiates the laser medium is blocked, the thermally induced effect is reduced, and the TEMoo mode output is increased.
【００１２】[0012]
【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を参照して
説明する。図１は本発明の実施例を示す断面図である。
図において、楕円断面形状の集光器反射鏡２の２つの焦
点上にそれぞれ励起ランプ２とロッド状レーザ媒質３が
配置されている。その反射面は光学的に滑らかに研磨さ
れ、レーザ媒質３の励起波長に対し高い反射率を有する
ように例えば金メッキ加工がなされている。また、励起
ランプ２とロッド状レーザ媒質３と同軸に、各々を包囲
するように２つのガラス管４ａ，４ｂが配置されてい
る。ガラス管４ａ，４ｂはレーザ媒質の励起波長に対し
高い透過率を有すると共に、レーザ媒質の変質を引き起
こす紫外域の光を吸収する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
In the figure, an excitation lamp 2 and a rod-shaped laser medium 3 are arranged on two focal points of a condenser reflector 2 having an elliptical cross section. The reflecting surface is optically smoothly polished, and is gold-plated, for example, so as to have a high reflectance for the excitation wavelength of the laser medium 3. Further, two glass tubes 4a and 4b are arranged coaxially with the excitation lamp 2 and the rod-shaped laser medium 3 so as to surround them. The glass tubes 4a and 4b have a high transmittance with respect to the excitation wavelength of the laser medium, and also absorb light in the ultraviolet region that causes alteration of the laser medium.
【００１３】いま、励起ランプ２の中心からレーザ媒質
３に引いた２本の接線Ｌ1 ，Ｌ2 で囲まれた領域に発生
する励起ランプ２からの励起光を直接励起光とし、この
遮断のため、Ｌ1 ，Ｌ2 で囲まれるガラス管４ａの表面
状に反射膜５を付着させる。この膜は、例えば金メッキ
加工をガラス管上に行う。また、この膜の幅は、Ｌ1，
Ｌ2 で囲まれた長さに限らず、若干長短があってもよ
い。Now, the excitation light from the excitation lamp 2 generated in the region surrounded by the two tangents L 1 and L 2 drawn from the center of the excitation lamp 2 to the laser medium 3 is directly used as the excitation light, and the cutoff Therefore, the reflection film 5 is attached to the surface of the glass tube 4a surrounded by L 1 and L 2 . This film is, for example, gold-plated on a glass tube. The width of this film is L 1 ,
The length is not limited to the length surrounded by L 2 , and may have some length.
【００１４】図３は図１の固体レーザ装置のＡ−Ａ断面
図である。図において、ガラス管５中を冷却水を流すた
め、振動等により、直接励起光の遮断位置が動き、レー
ザ光の出力安定性が悪くなるのを防ぐため、ガラス管４
ｂは、０リング７を介して集光器１の両端に固定された
側板６に固定されている。０リング７はガラス管４ｂの
端面へ０リング押え８によって押圧されている。レーザ
媒質２はロッドホルダー９によって保持され、そのロッ
ドホルダーは多の部材（図示略）を介して側板６に固定
される。なお、冷却水は側板６からレーザ媒質２とガラ
ス管４ｂとの間を流れ込むよう構成される。図３はレー
ザ媒質２を含む断面で示したがレーザ媒質３を含む断面
形状も同様である。FIG. 3 is a sectional view of the solid-state laser device of FIG. 1 taken along the line AA. In the figure, in order to prevent cooling water from flowing through the glass tube 5, it is possible to prevent the laser light output stability from deteriorating due to movement of the excitation light blocking position due to vibration or the like.
b is fixed to the side plates 6 fixed to both ends of the condenser 1 via the 0 ring 7. The O-ring 7 is pressed against the end surface of the glass tube 4b by the O-ring retainer 8. The laser medium 2 is held by a rod holder 9, and the rod holder is fixed to the side plate 6 via many members (not shown). The cooling water is configured to flow from the side plate 6 between the laser medium 2 and the glass tube 4b. Although FIG. 3 shows the cross section including the laser medium 2, the cross sectional shape including the laser medium 3 is similar.
【００１５】このような構造の固体レーザ装置を用いＴ
ＥＭｏｏモードのレーザ光の発生を行う。励起光エネル
ギーを上げて、レーザ高出力を高めていく時、同時に熱
的に誘起される効果（熱レンズ効果・熱応力歪み）も著
しくなる。そのため、直接励起光の遮断をしていない場
合は、励起光エネルギーのある値においてレーザ光の空
間モードが多モード化するため、ＴＥＭｏｏモードとし
て得られる最大出力は制限される。一方、直接励起光を
遮断した場合は、励起光エネルギーに対するレーザ高出
力の増加料は保持したまま、より高い励起光エネルギー
を入力できるため、結果的にＴＥＭｏｏモードのレーザ
光を高出力化できる。Using the solid-state laser device having such a structure, T
EMoo mode laser light is generated. When the excitation light energy is increased and the laser high output is increased, at the same time, thermally induced effects (thermal lens effect / thermal stress distortion) become remarkable. Therefore, when the excitation light is not directly blocked, the spatial mode of the laser light becomes multimode at a certain value of the excitation light energy, and the maximum output obtained as the TEMoo mode is limited. On the other hand, when the pumping light is directly blocked, higher pumping light energy can be input while maintaining the increase in laser high output with respect to the pumping light energy, and as a result, the output power of the TEMoo mode laser light can be increased.
【００１６】上記実施例では直接励起光を遮る手段とし
てガラス管４ａに反射膜５を付着させたが、その代わり
に反射板をガラス管２と３の間に配置してもよい。この
場合、反射板は図３の側板５の間に架設される。In the above embodiment, the reflection film 5 is attached to the glass tube 4a as a means for directly blocking the excitation light, but a reflection plate may be arranged between the glass tubes 2 and 3 instead. In this case, the reflector is installed between the side plates 5 in FIG.
【００１７】実際に直接励起光を遮断する方法を適用し
た実施例を以下に説明する。An embodiment to which a method of actually blocking the excitation light is applied will be described below.
【００１８】実験には、アークランプ励起Ｎｄ：ＹＡＧ
レーザを用いた。このレーザ装置は、直接励起光の遮断
を行わない時、最大ＴＥＭｏｏモード出力８Ｗが得られ
る。そこで、ロッド状レーザ媒質３の側のガラス管４に
反射板（便宜上、銅板を用いた。）を図１の膜５と同じ
幅で付着させ、レーザ発振を行った。結果、発振闘値、
スロープ効率は、直接励起光を遮断していない時と変わ
らず、多モード化する励起入力パワーの値が約２０％上
がったことにより、約３０％高いＴＥＭｏｏモード出力
１０．５Ｗが得られた。In the experiment, arc lamp excitation Nd: YAG
A laser was used. This laser device provides a maximum TEMoo mode output of 8 W when the excitation light is not directly blocked. Then, a reflection plate (a copper plate was used for convenience) was attached to the glass tube 4 on the rod-shaped laser medium 3 side with the same width as the film 5 in FIG. 1, and laser oscillation was performed. Result, oscillation threshold,
The slope efficiency was the same as when the pumping light was not blocked directly, and the value of the pumping input power for multimode was increased by about 20%, resulting in a TEMoo mode output of 10.5 W that was about 30% higher.
【００１９】[0019]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば直
接励起光を遮断する方法は、ＴＥＭｏｏモード発振する
固体レーザ装置の高出力化を行うことができる。As described above, according to the present invention, the method for directly blocking the excitation light can increase the output of the solid-state laser device that oscillates in the TEMoo mode.
【図１】本発明の一実施例を示すレーザ集光器の断面
図。FIG. 1 is a sectional view of a laser concentrator showing an embodiment of the present invention.
【図２】従来の構造を示すレーザ集光器の断面図。FIG. 2 is a sectional view of a laser concentrator showing a conventional structure.
【図３】図１に示す固体レーザ装置のＡ−Ａ断面図。3 is a cross-sectional view taken along the line AA of the solid-state laser device shown in FIG.
１ 集光器反射鏡 ２ 励起ランプ ３ ロッド状レーザ媒質 ４ａ，４ｂ ガラス管 ５ 直接励起光遮断膜 1 Concentrator Reflector 2 Excitation Lamp 3 Rod-shaped Laser Medium 4a, 4b Glass Tube 5 Direct Excitation Light Blocking Film
Claims (4)
ーザ媒質と励起ランプが配置され、前記励起ランプの発
光による励起光を前記レーザ媒質に前記楕円状反射鏡に
より集光する固体レーザ装置において、前記レーザ媒質
又は前記励起ランプの少なくとも一方に各々を包囲する
ガラス管と、前記反射鏡に照射することなく直接的に前
記レーザ媒質を励起する直接励起光を遮る手段とを有す
るＴＥＭｏｏモード発振を行う固体レーザ装置。1. A solid-state laser device in which a rod-shaped laser medium and a pumping lamp are arranged near each focal point of an elliptical reflecting mirror, and pumping light emitted by the pumping lamp is focused on the laser medium by the elliptical reflecting mirror. In TEMOO mode oscillation, comprising a glass tube surrounding at least one of the laser medium and the excitation lamp, and means for blocking direct excitation light that directly excites the laser medium without irradiating the reflecting mirror. Solid-state laser device.
前記直接励起光を遮る手段として板状の反射板を配設し
たことを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ装置。2. The solid-state laser device according to claim 1, wherein a plate-shaped reflector is arranged between the laser medium and the excitation lamp as a means for blocking the direct excitation light.
ザ媒質を包囲するガラス管に付着した膜であることを特
徴とする請求項１に記載の固体レーザ装置。3. The solid-state laser device according to claim 1, wherein the means for blocking the direct pumping light is a film attached to a glass tube surrounding the laser medium.
対し高い透過率を有すると共に、レーザ媒質の変質を引
き起こす紫外域の光を吸収することを特徴する請求項３
に記載の固体レーザ装置。4. The glass tube has a high transmittance with respect to the excitation wavelength of the laser medium and absorbs light in the ultraviolet region which causes deterioration of the laser medium.
The solid-state laser device according to.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5150924A JP2546145B2 (en) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | Lamp pumped TEMoo mode solid state laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5150924A JP2546145B2 (en) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | Lamp pumped TEMoo mode solid state laser device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07142792A JPH07142792A (en) | 1995-06-02 |
| JP2546145B2 true JP2546145B2 (en) | 1996-10-23 |
Family
ID=15507390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5150924A Expired - Lifetime JP2546145B2 (en) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | Lamp pumped TEMoo mode solid state laser device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2546145B2 (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60247983A (en) * | 1984-05-24 | 1985-12-07 | Hoya Corp | Erbium laser oscillator |
-
1993
- 1993-06-23 JP JP5150924A patent/JP2546145B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07142792A (en) | 1995-06-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960611 |